拉索穹顶结构几何大变形混合有限元静力分析

本文应用有限元法,结合拉索穹顶结构特征,采用可以直接考虑索元垂度影响的两节点索单元与两节点直杆单元相结合的有限元模型,基于修正的拉格朗日描述方法和虚功原理建立了拉索穹顶结构几何大变形分析的混合有限元静力平衡方程,并利用荷载增量法与Ｎｅｗｔｏｎ－Ｒａｐｈｓｏｎ法相结合的混合增量求解技术编制了计算程序,进行了实例计算。结果表明：本文方法简便、实用、精度高,能充分反应拉索穹顶结构的特点,可供设计参考和采用。     

斜拉桥结构损伤定位的组合敏感指标法

研究斜拉桥结构在斜拉索和主梁组合损伤条件下的损伤定位问题。根据斜拉桥的受力特点，将其看作由斜拉索、主梁以及索塔组成的组合结构，对于斜拉索和主梁分别选取相应的损伤敏感指标，首次提出了斜拉索损伤定位的斜拉索索力指标，在此基础上提出了斜拉桥损伤定位的组合敏感指标法。为了降低测试数据噪声对损伤定位的影响，引入蒙特卡罗法提高方法的准确性和鲁棒性。对一斜拉桥结构进行了损伤识别的数值模拟分析，研究表明该方法仅需不完备的低阶振型模态和索力测试数据，即可实现斜拉索和主梁组合损伤的准确定位。     

利用模态试验参数识别结构损伤的神经网络法

利用结构位移模态试验和应变模态试验参数和神经网络方法对结构损伤定位和定量辨识问题进行了研究。为获得对结构损伤更加敏感的结构损伤识别指标,在分析现有识别指标的基础上,提出了用于神经网络方法的六种基于结构模态试验参数的损伤识别指标,并对它们进行了实例识别和比较研究。它们均能对结构的损伤进行预报,其中应变类型的损伤识别指标对结构损伤的敏感度比位移类型的损伤识别指标高。     

工程结构中的几何位移分析理论、方法和应用研究

结构的破坏有材料软化和几何软化两类,传统的结构理论只能分析材料软化问题,而对产生几何位移的几何软化问题无法求解。为分析结构系统中可能存在的几何位移,研究了几何位移分析理论和方法。从虚功原理出发,提出了结构系统的控制方程,并从控制方程中的临界方程,推广到等价不平衡方程;根据引入的几何软化系统的变形协调条件和归纳的三类定解条件,可对等价不平衡方程求解,从而计算出结构系统中可能存在的几何位移。所研究的理论和方法可用以分析结构的广义稳定问题,并成功应用于实际索结构工程的成形分析。     

基于三阶剪切变形理论的压电功能梯度板静力学等几何分析

针对压电功能梯度板的静力学问题,建立了一种基于三阶剪切变形理论的等几何分析求解方法.其中,定义功能梯度板的材料属性为板厚方向的幂函数分布,并假设压电功能梯度板中的机械位移场与电势场相互独立.利用压电材料的第二类本构方程以及哈密顿变分原理,推导出压电功能梯度板的相关等几何有限元方程.在压电功能梯度板的自由振动分析中,研究...     

工程结构损伤识别的柔度方法研究进展

工程结构的损伤识别问题是目前的研究热点,近年来已提出许多种损伤识别方法。其中,柔度方法因计算简单实用性强而倍受人们关注。本文综述了近二十年来基于柔度变化的结构损伤识别方法,按照计算方法和采用数据的不同将柔度方法进行了分类和归纳,阐述了各类柔度方法的基本原理和主要的计算公式,并分析和比较了各类柔度方法的优点和不足之处。最后讨论了柔度方法尚存的未解决难题并对后继研究方向作了展望。     

工程结构损伤的集成神经网络识别研究

从结构损伤识别的实际出发，提出采用基于信息融合理论的集成神经网络技术对结构损伤状况进行识别，即通过结构损伤特征信息的有效组合，用各种子神经网络从不同侧面对结构损伤进行初步识别诊断，然后对识别结果进行决策融合。给出了系统的实现策略和子网络的组建原则。从识别实例中可以看出，此识别方法充分利用了各种特征信息，可以有效地提高识别率。     

求解平面固体几何大变形问题的有限质点法

有限质点法是基于向量式力学提出的一种新兴的数值计算方法。它采用物理计算模式,将分析域定义成一组质点的集合,并根据牛顿第二定律描述质点的运动,从而取代了传统数值方法中数学连续体的概念。该方法通过虚拟逆向运动分离刚体位移和变形位移,并采用变形坐标的形式来计算内力,再利用显式时间积分逐步求解质点运动方程。分析中可以通过描述各质点的轨迹来追踪整体的运动行为。该文阐述了有限质点法的基本概念和原理,推导了平面固体的内力求解公式,并将其应用于平面固体几何大变形问题的数值计算,通过自编程序对实例计算的结果表明,该方法有良好的精度和收敛性,对于求解平面固体的大位移、大转动问题是有效的、可行的。     

蜂窝夹层铝建筑模板的几何优化与试验研究

建筑模板技术的创新对混凝土工程具有重要意义。该文对铝建筑模板采用蜂窝夹层结构的可行性进行计算分析与实验研究。首先根据Gibson理论计算蜂窝夹心结构的等效弹性参数,然后参考Reissner模型计算蜂窝夹层模板在均布荷载作用下的应力与变形,再按照铝建筑模板行业标准要求控制模板的变形条件和约束条件,对该模板蜂窝夹层结构的几何参数进行了优化。最后进行蜂窝夹层铝模板的弯曲试验,使用数字摄影测量系统获得了铝模板试件在不同载荷条件下的三维全场变形数据,试验结果与理论计算结果吻合较好。研究结果表明,采用蜂窝夹层结构可将铝建筑模板的质量降低60%以上。     

触针式表面形貌测量仪探针几何特性引起的失真机理与识别方法

触针式表面形貌测量仪广泛应用于表面粗糙度、几何形状和波纹度等参数的测量,但探针与被测表面交互时所产生的卷积效应会导致测量结果的失真。通过分析探针几何特性引起的失真机理,将失真按其特性分为典型失真和复杂失真。针对探针球形针尖和锥角复合效应引起的失真现象,提出了一种复杂失真的多模态识别方法。实验结果表明：相较于形貌测量仪单模态识别典型失真的限制,该方法可以有效识别形貌测量结果中的复杂失真,同时对测量结果提供可信度解释,为测量结果中失真数据的准确识别和还原提供新的思路。     

基于模态综合法和模态叠加法的密集模态结构响应重构

提出一种基于模态综合法和模态叠加法的密集模态结构响应重构方法,通过两次坐标变换将全结构缩聚为自由度更少的超单元模型,将超单元模型的模态分为密集模态和剩余模态。通过经验模态分解法分离出已知响应中单阶的剩余模态响应,进而重构出待测位置的剩余模态响应,待测位置的密集模态响应可由模态振型和剩余模态计算得到,通过模态叠加法实现在密集模态下的时域响应重构。进行了数值模拟研究,将待测位置响应的理论值与重构值进行比较以验证该方法的精度和效率,此外还详细研究了主模态数量、子结构划分方式、测量噪声和阻尼对重构结果的影响。结果表明：该文方法通过模型缩聚大大减少了重构的数据量,并且改善了传统EMD方法不能分离频率间隔较小的模态而无法实现响应重构这一不足,无论密集模态存在与否都可适用于结构的应力、应变、位移、加速度等多种动力响应的重构。     

基于加速度频率响应函数的结构损伤测量方法研究

提出了一种利用加速度频响函数对结构的损伤进行定位和定量分析的方法，该方法分别利用试验测量和模型计算所得的加速度频响函数对动力学模型的刚度矩阵、质量矩阵、阻尼系数进行修正，使修正后模型的加速度频响函数与试验测量所得的相一致，利用其修正的差值即可对结构的损伤进行定位和定量分析。该法具有明确的物理意义，避免了模态分析，便于形成实时监测系统。数值算例检验了方法的有效性和精度。     

基于柔度差曲率矩阵的结构损伤识别方法

柔度是较频率和位移模态更敏感的结构损伤标示量。提出利用结构损伤前、后的柔度矩阵,先后对柔度矩阵差的列、行进行两次差分,求得柔度差曲率矩阵(δFlexibility Curvature Matrix),并以其对角元素作为检测结构损伤指标(δFCMD)的新方法。该方法仅需低阶模态参数即可进行损伤检测,不论对简支梁、悬臂梁、固支梁,或多跨连续梁,单一位置损伤、支撑处损伤、轻微损伤,还是多种损伤共存,均具有损伤定位的能力、并能定性反映损伤程度。通过与已有的柔度差、柔度变化率、均匀荷载面曲率差等柔度指标的数值模拟分析研究,显示了该指标检测损伤的有效性和优越性。     

基于模糊边缘检测的复杂晶界的重建

提出了一种基于模糊边缘检测提取复杂晶界的实用方法。首先通过预处理调整图像对比度、消除晶粒内部灰度差和划痕，进而消除伪边界；再引入模糊理论来判别和跟踪边界，模糊边缘检测算法的特点是不需要确定门限值，具有很强的自适应性；最后进行细化去枝、修补等得到单像素宽度的晶界。实验结果显示，该方法在有效抑制伪边界的同时提取出了比较理想的晶界，为晶粒度分析创造了良好的条件。     

基于应变能耗散率的结构损伤识别方法研究

将损伤变量的概念从材料领域拓展到结构中,并用其作为损伤因子来表征结构的损伤程度。通过表示结构损伤时每一单元的模态应变能耗散率引起的单元模态应变能的变化,导出结构每一单元的损伤因子的表达式。考虑到所测的结构模态是不完备的,应用完备模态空间理论将未测的结构高阶模态用等效高阶模态来代替从而消除模态截断误差的影响。最后,通过对一悬臂六跨平面桁架结构的数值算例分析的结果说明,该方法简便、有效,可同时定位结构的损伤和识别损伤的程度。     

基于非局部LSM优化的近场动力学及脆性材料变形模拟

在经典近场动力学模型的基础上,通过小变形假定将近场动力学中的微模量与经典理论中的弹性常数建立联系,引入可以反映非局部作用特性的核函数提高计算精度,利用刚度等效的方式建立有关微模量的线性方程组,并通过寻求不定线性方程组最小二乘(LSM)最小范数解的方式对近场动力学中微模量进行优化,根据二次规划得到最优非负模量。利用优化后的方法对二维平板在单轴和双轴荷载作用下的变形及含预制裂纹脆性材料在荷载下的裂纹扩展进行了模拟并将结果与理论经典近场动力学方法结果对比。结果表明:优化后的方法可以较好的反映结构在荷载条件下的变形与破坏特性,与经典方法相比材料变形模拟在最大误差及误差范围具有良好的改善,并且模拟裂纹扩展过程在同等计算成本下具有更优的收敛速度及收敛结果,进一步验证了所提出方法的有效性,有着较为广泛的应用前景。     

有限元法和退火进化算法相结合分析结构模糊可靠性

结构的失效除了具有随机性,还应具有模糊性。本文在介绍一种修正的联合概率密度函数的基础上,采用有限元法和退火进化算法相结合来研究结构的模糊可靠度。在每一模糊失效水平下,有限元法用来计算荷载效应项,并将荷载效应项代入原联合概率密度函数形成修正的联合概率密度函数。为了解决进化算法的早熟收敛问题,采用模拟退火算法与进化算法相结合,以保证更有效地搜索到最可能失效点(设计点)。解决不存在显式极限状态方程的大部分实际结构的可靠度研究的困难。数例结果表明该法可直接应用现有的确定性的有限元程序,并且具有很好的效率和精度。     

基于伪谱法合成零偏移距记录的结构损伤探测与成像

该文讨论了如何利用伪谱法合成零偏移距记录进行结构损伤探测与偏移成像。从二维标量波动方程出发推导了不同情况下的数值计算公式。采用反周期扩展法对边界吸收问题做了有效处理,消除了边界反射产生的假象和干扰波场。用波场外推法合成得到了能适应复杂损伤形态和横向变速介质的零偏移距记录。根据波动方程分析了伪谱法的数值频散性、奇异性以及波场形态、位移、振幅、能量、动应力集中系数等力学特征,通过波动方程的位移解得到波场快照图和时间剖面图,实现了结构损伤可视化探测与识别。数值算例证明了伪谱法偏移成像的适用性。     

基于残余应力释放的航空结构件加工变形模型与结构优化方法

在毛坯成形过程中,材料力学性能的非均匀性导致铝合金厚板内产生残余应力,以致在后续切削加工过程中,随着材料的去除,残余应力的释放使得整体结构件发生变形,严重影响着整体结构件的尺寸稳定性。因此,定量化研究切削过程中残余应力释放的加工变形分析与预测是进行加工质量控制的核心环节,对于实现加工过程的高效化和精密化至关重要。通过铝厚板的材料去除转化为残余应力的释放,利用静力平衡条件将作用于整体结构件的残余应力等效为外力后,综合考虑铝厚板横向方向和轧制方向的残余应力,依据弯曲变形理论创新性地建立铝厚板内初始残余应力释放模型。残余应力释放模型不仅能够准确地计算整体结构件的加工变形,而且还能够方便地优化工艺参数完成加工变形的有效控制。根据模型计算值与有限元仿真值、实验测量值的相互比较,分析结果表明：无论是幅值还是变形曲线,计算值都与仿真值具有高度一致性,而与测量值相比,尽管在变形曲线上具有很好的吻合性,但由于残余应力的测量误差使得两者在幅值上亦存在一定误差。     

基于随机IDA的结构量化指标限值求解方法

该文基于数值模拟以5层、8层和12层钢筋混凝土框架结构为研究对象,对各结构进行了20条地震动作用下的随机增量动力分析,采用基于性能的抗震设计理论,提出了一种确定结构屈服和倒塌水平能力限值的方法。基于该方法,得到了各结构模型屈服和倒塌破坏水平的地震易损性曲线。分析结果表明,结构的屈服和倒塌能力限值可以由相应易损性曲线上95%置信水平下的具有5%屈服和倒塌概率时的限值求出;通过对比各结构屈服和倒塌的易损性曲线,揭示出结构层数的变化对易损性曲线的影响。